Sifat Fisik Gas

Download Sifat Fisik Gas

Post on 05-Dec-2014

211 views

Category:

Documents

10 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<p>2.3.2.2. Sifat-Sifat Fisik Gas Gas merupakan suatu fluida yang homogen dengan densitas dan viskositas rendah serta tidak tergantung pada bentuk tempat yang ditempatinya, sehingga dapat mengisi semua ruangan yang ada. Berdasarkan jenisnya, gas dapat dibedakan menjadi dua, yaitu gas ideal dan gas nyata. Penjelasan kedua jenis gas ini adalah sebagai berikut : Gambar 2.26. Tegangan Permukaan Hidrokarbon Parafin Sebagai Fungsi Temperatur 3) Gambar 2.27. Tegangan Permukaan Sebagai Fungsi Tekanan 3) 1. Gas ideal, adalah fluida dimana : Mempunyai molekul yang dapat diabaikan bila dibandingkan dengan volume fluida keseluruhan. Tidak mempunyai tenaga tarik-menarik maupun tolak-menolak antar molekul-molekulnya, atau antara molekul-molekul dengan dinding wadahnya. Tumbukan antar molekul-molekulnya bersifat lenting sempurna, sehingga tidak terjadi kehilangan tenaga akibat tumbukan tersebut. Persamaan untuk gas ideal adalah sebagai berikut : RTMmnRT PV = = ......................................................................... (2-24) dimana : P = tekanan, psi V = volume, Cuft T = temperatur, oR n = jumlah mol gas, lb-mol m = berat gas, lb M = berat molekul gas, lb/lb-mol R = konstanta gas, psi-Cuft/(lb-mol oR). Konstanta gas (R) memiliki harga berlainan, tergantung satuan yang digunakan. Tabel 2.7 menunjukkan harga R untuk beberapa unit satuan. 2. Gas nyata, adalah gas yang tidak mengikuti hukum-hukum gas ideal. Persamaan untuk gas nyata adalah sebagai berikut : ZRTMmnZRT PV = = ..................................................................... (2-25) dimana : Z = faktor kompresibilitas gas. Harga Z untuk gas ideal adalah satu. Sedangkan untuk gas nyata, harga Z bervariasi tergantung dari tekanan dan temperatur yang bekerja. Gambar 2.28 menunjukkan bentuk plot antara faktor kompresibilitas gas (Z), sebagai fungsi tekanan pada temperatur konstan. Tabel 2.7. Berbagai Harga R Untuk Beberapa Unit Satuan 18) Units R atm, cc/g-mole, oK. ......................... 0082.060000 atm, liter/g-mole, oK. ....................... 0000.082060 BTU/lb-mole, oR. ............................. 0001.987000 psia, cu ft/lb-mole, oR. .................... 0010.730000 lb/sq ft abs, cu ft/lb-mole, oR. ......... 1544.000000 atm, cu ft/lb-mole, oR. ..................... 0000.730000 kwh/lb-mole, oK. .............................. 0000.001049 hp-hr/lb-mole, oR. ........................... 0000.000780 atm, cu ft/lb-mole, oK. ..................... 0001.314500 mm Hg, liters/g-mole, oK. ............... 0062.370000 in. Hg, cu ft/lb-mole, oR. ................. 0021.850000 cal/g-mole, oK. ................................ 0001.987000 atm, cu ft/lb-mole, oK. ..................... 0001.314000 Gambar 2.28. Bentuk Plot Antara Faktor Kompresibilitas Sebagai Fungsi Tekanan Pada Temperatur Konstan 18) Untuk suatu gas tertentu yang belum diketahui harga Z-nya, dapat dicari berdasarkan hukum corresponding state yang berbunyi, pada suatu tekanan dan temperatur tereduksi yang sama, maka semua hidrokarbon mempunyai harga Z yang sama. Tekanan dan temperatur tereduksi untuk gas murni dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : crPPP = , dan crTTT = ......................................................................... (2-26) dimana : Pr = tekanan tereduksi gas murni Tr = temperatur tereduksi gas murni P = tekanan reservoir, psi T = temperatur reservoir, oR Pc = tekanan kritik gas murni, psi Tc = temperatur kritik gas murni, oR. Harga Pc dan Tc untuk masing-masing gas murni ditentukan dari Tabel 2.8. Kemudian dengan menggunakan grafik-grafik tertentu yang sesuai dengan jenis gasnya, seperti terlihat pada pada Gambar 2.29 dan 2.30, yang masing-masing menunjukkan grafik Z untuk metana dan etana, maka akan diperoleh harga Z. Tabel 2.8. Konstanta Fisik Beberapa Jenis Hidrokarbon Pembentuk Gas Alam 18) Compound Chemical Composition Symbol (for Calculation) Molecular Weight Critical Pressure, psi Critical Temperatue, oR Methane CH4 C1 016.04 0673 0344 Ethane C2H6 C2 030.07 0709 0550 Propane C3H8 C3 044.09 0618 0666 iso-Butane C4H10 i-C4 058.12 0530 0733 n-Butane C4H10 n-C4 058.12 0551 0766 iso-Pentane C5H12 i-C5 072.15 0482 0830 n-Pentane C5H12 n-C5 072.15 0485 0847 n-Hexane C6H14 n-C6 086.17 0434 0915 n-Heptane C7H16 n-C7 100.20 0397 0973 n-Octane C8H18 n-C8 114.20 0361 1024 Nitrogen N2 N2 028.02 0492 0227 Carbon dioxide CO2 CO2 044.01 1072 0548 Hydrogen Sulfide H2S H2S 034.08 1306 0673 Gambar 2.29. Faktor Kompresibilitas Metana 18) Gambar 2.30. Faktor Kompresibilitas Etana 18) Untuk suatu gas campuran yang terdapat senyawa impurities (N2, CO2, H2S), maka dalam penentuan harga Z terlebih dahulu harus diketahui komposisi campurannya. Kemudian harga P dan T kritik gas campuran ditentukan dengan persamaan berikut : ( )ic i pc P Y P E = , dan ( )ic i pc T Y T E = ....................................................... (2-27) dimana : Ppc = tekanan kritik gas campuran, psi Pci = tekanan komponen ke-i, psi Tpc = temperatur kritik gas campuran, oR Tci = temperatur komponen ke-i, oR Yi = fraksi mol komponen ke-i. Sedangkan P dan T tereduksi untuk gas campuran dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut : P PPprpc= , dan T TTprpc= .................................................................. (2-28) dimana : Ppr = tekanan tereduksi untuk gas campuran Tpr = temperatur tereduksi untuk gas campuran. Selain menggunakan Persamaan (2-27), harga Ppc dan Tpc dapat ditentukan dengan Gambar 2.31, dengan terlebih dahulu mengetahui gravity gasnya. Kemudian harga Ppc dan Tpc dikoreksi terhadap adanya senyawa impurities. Dengan memasukkan harga Ppc dan Tpc yang telah dikoreksi kedalam Persamaan (2-28), maka akan diperoleh harga Ppr dan Tpr. Selanjutnya dengan menggunakan Gambar 2.32, akan diperoleh harga Z gas campuran. 2.3.2.2.1. Viskositas Gas Viskositas gas (g) didefinisikan sebagai ukuran ketahanan gas terhadap aliran, dengan satuan centi poise (cp) atau gr/100-cm-sec. Viskositas gas tergantung dari tekanan, temperatur dan komposisi gas. Herning dan Zipperer (1936) menurunkan persamaan viskositas gas campuran berdasarkan viskositas masing-masing komponen penyusunnya, yaitu sebagai berikut : 21211i ii i igM Y M YEE= ............................................................................... (2-29) dimana : 1g = viskositas gas campuran pada tekanan satu atmosfer, cp i = viskositas komponen ke-i, cp Yi = fraksi mol komponen ke-i Mi = berat molekul komponen ke-i, lb/lb-mole. Gambar 2.31. Sifat-Sifat Pseudocritic Gas Alam 18) Gambar 2.32. Faktor Penyimpangan Gas Alam 37) Harga i dapat ditentukan dengan korelasi Carr, et al. (1954), seperti terlihat pada Gambar 2.33. Harga g yang diperoleh merupakan viskositas gas campuran pada tekanan satu atmosfer. Selain menggunakan Persamaan (2-29), viskositas gas campuran pada tekanan satu atmosfer dapat ditentukan dengan Gambar 2.34, dengan terlebih dahulu mengetahui berat molekul gas atau gravity gas campurannya. Jika terdapat senyawa impurities dalam gas campuran tersebut, maka perlu dilakukan koreksi. Gambar 2.33. Viskositas Gas Pada Tekanan Atmosfer 18) Gambar 2.34. Viskositas Gas Hidrokarbon Parafin Pada Tekanan Satu Atmosfer 18) Harga g pada kondisi reservoir, dapat ditentukan dengan Gambar 2.35, yang menunjukkan hubungan perbandingan viskositas (g/g1) versus P dan T tereduksi. Dengan mengalikan harga g pada tekanan satu atmosfer (g1) dengan perbandingan harga (g/g1), maka akan diperoleh harga g pada kondisi reservoir. Gambar 2.35. g/g1 Versus Ppr dan Tpr 18) 2.3.2.2.2. Faktor Volume Formasi Gas Faktor volume formasi gas (Bg) didefinisikan sebagai volume dalam barrel pada kondisi reservoir yang ditempati oleh satu standard cubic feet (SCF) gas. Hal ini dapat dinyatakan sebagai perbandingan antara volume yang ditempati oleh gas pada kondisi reservoir dengan sejumlah gas yang sama pada kondisi standar (14.7 psi, 60 oF). Jadi bentuk persamaan matematiknya adalah sebagai berikut : scrgVVB = .......................................................................................... (2-30) dimana : Bg = faktor volume formasi gas, Cuft/SCF Vr = volume gas pada kondisi reservoir, Cuft Vsc = volume gas pada kondisi standar, SCF. Volume n mol gas pada kondisi standar, adalah : scsc scscPnRT ZV = ................................................................................. (2-31) Sedangkan volume n mol gas pada kondisi reservoir, adalah : rr rrPnRT ZV = .................................................................................... (2-32) Dengan mensubstitusikan Persamaan (2-31) dan (2-32) kedalam Persamaan (2-30), maka akan diperoleh harga Bg, yaitu : rr rgPT ZB 02829 . 0 = , Cuft/SCF ......................................................... (2-33) rr rgPT ZB 00504 . 0 = , BBL/SCF ........................................................ (2-34) dimana : Psc = tekanan pada kondisi standar, psi (~ 14.7 psi) Pr = tekanan pada kondisi reservoir, psi Tsc = temperatur pada kondisi standar, oR (~ 520 oR) Tr = temperatur pada kondisi reservoir, oR Zsc = faktor kompresibilitas gas pada kondisi standar (~ 1) Zr = faktor kompresibilitas gas pada kondisi reservoir. 2.3.2.2.3. Densitas Gas Densitas (berat jenis) gas didefinisikan sebagai perbandingan antara rapatan gas tersebut dengan rapatan suatu gas standar. Densitas gas biasanya dinyatakan dalam specific gravity gas (g), yang merupakan perbandingan densitas gas pada kondisi tekanan dan temperatur tertentu terhadap densitas udara kering pada tekanan dan temperatur yang sama, atau secara matematik dituliskan dengan persamaan sebagai berikut : RTPMVm g= = ................................................................................. (2-35) Persamaan (2-35) merupakan persamaan densitas untuk gas ideal, sedangkan untuk gas nyata, adalah : ZRTPM g= ......................................................................................... (2-36) 2.3.2.2.4. Kelarutan Gas Dalam Minyak Kelarutan gas dalam minyak (Rs) didefinisikan sebagai banyaknya standard cubic feet (SCF) gas yang berada dalam larutan minyak sebanyak satu barrel tangki pengumpul (STB), ketika minyak dan gas masih berada dalam kondisi reservoir. Kelarutan gas dalam minyak dipengaruhi oleh tekanan, temperatur, dan komposisi keduanya. Gambar 2.36 menunjukkan hubungan antara kelarutan gas dalam minyak terhadap tekanan. Penentuan harga Rs dapat dilakukan dengan menggunakan korelasi Beal (1946), dengan terlebih dahulu mengatahui tekanan dan gravity minyak (Gambar 2.37). 2.3.2.2.5. Kompresibilitas Gas Kompresibilitas gas (Cg) didefinisikan sebagai fraksi perubahan volume per unit perubahan tekanan, atau secara matematik dapat dituliskan dengan persamaan sebagai berikut : |.|</p> <p>\| =dPdVVCg1 ................................................................................ (2-37) Dalam pembahasan mengenai kompresibilitas gas terdapat dua kemungkinan penyelesaian, yaitu : kompresibilitas gas ideal dan kompresibilitas gas nyata. Kompresibilitas Gas Ideal Persamaan gas ideal adalah : nRT PV = , atau PnRTV = 2PnRTdPdV =|.|</p> <p>\| ................................................................................ (2-38) Dengan mensubstitusikan Persamaan (2-38) kedalam Persamaan (2-37) akan dihasilkan persamaan berikut : P PnRTVCg1 12 =|.|</p> <p>\||.|</p> <p>\| = ............................................................... (2-39) Gambar 2.36. Hubungan Kelarutan Gas Dalam Minyak Dengan Tekanan 3) Gambar 2.37. Korelasi Beal Untuk Menentukan Rs 1) Kompresibilitas Gas Nyata Pada gas nyata, faktor kompresibilitas diperhitungkan. Persamaan volume gas nyata adalah sebagai berikut : PZnRT V = Bila temperatur dianggap konstan, maka penurunan persamaan tersebut menghasilkan persamaan berikut : TPZdPdZPnRTdPdV(((((</p> <p> =|.|</p> <p>\|2 |.|</p> <p>\| = ZdPdZPPnRTnRTZPCg2 dPdZZ PCg1 1 = ............................................................................... (2-40) </p>